一种用于可见光通信的多灯具联网驱动电路及驱动方法
【专利摘要】一种用于可见光通信的多灯具联网驱动电路及驱动方法，包括传输主控器，传输主控器中的差分发送电路将单端信号转换为差分信号后，通过双绞线与传输分控器的输入端相连接，传输分控器还具有一并联输出端，相邻一只传输分控器的输入端与另一只传输分控器的并联输出端相连接；传输分控器的输入端是差分信号接收电路，差分信号接收电路重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路的输出端经隔离电路进行电隔离并输出到调制驱动器的输入端上；调制驱动器为开关电容式方波有效值恒流驱动器，调制驱动器的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同；实现了可见光通信信号的高效率的电/光转换，满足了LED照明光源的最佳驱动方式?恒流驱动的要求。
【专利说明】
一种用于可见光通信的多灯具联网驱动电路及驱动方法
技术领域
[0001]本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种用于可见光通信的多灯具联网驱动电路及驱动方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，利用现已成熟并已大批量生产的LED照明光源(如LED日光灯管、LED平板灯、LED吸顶灯、LED灯带、LED灯条、LED射灯、LED灯串、LED筒灯等)作为可见光通信的信号发送单元，将减少可见光通信的成本费用、降低可见光通信技术进入市场的门坎、加快可见光通信技术的普及推广速度。将可见光通信的调制电信号传输并加载到多组LED照明光源，是实现上述设想的技术关键和难点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种将可见光调制电信号传输到多组LED照明光源，并在对LED灯进行恒流驱动的同时，加载调制信号，将电信号转换为光信号的方法。从而可将现有的多种LED照明光源作为可见光通信的信号发送单元。在保证高速、高可靠性的前提下实现成本低廉的可见光通信系统。
[0004]提供一种用于可见光通信的多灯具联网驱动电路，包括用于输入可见光调制电信号A的传输主控器，所述传输主控器中设有信号隔离电路，与隔离电路输出端相连接的差分发送电路，差分发送电路将单端信号转换为差分信号后，通过一对双绞线与多只传输分控器中的一只传输分控器的输入端相连接，每只传输分控器还具有一并联输出端，相邻一只传输分控器的输入端与另一只传输分控器的并联输出端相连接；所述传输分控器的输入端是差分信号接收电路，差分信号接收电路重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路的输出端输出，经隔离电路进行电隔离并输出到调制驱动器的输入端上；调制驱动器的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同；调制驱动器与LED照明灯具连接。
[0005]在上述用于可见光通信的多灯具联网驱动电路中，所述调制驱动器是开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容、高速MOSFET驱动器和高速MOSFET功率管电连接组成；调制驱动器嵌入于LED照明灯具中；LED照明灯具中的恒流驱动器和LED灯组改变原连接方式后与调制驱动器中的开关储能电容、高速MOSFET驱动器、高速MOSFET功率管重新整合并相连；开关储能电容并联于恒流驱动器的输出端，LED灯组接在恒流驱动器的正输出端与高速MOSFET功率管的漏极D上，MOSFET功率管的源极S与恒流驱动器的负输出端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器的输出端；可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。
[0006]提供一种用于可见光通信的多灯具联网驱动方法，包括如下步骤:
[0007](I)可见光调制电信号A加到传输主控器I的信号隔离电路11的输入端，经电隔离从隔离电路11的输出端接到差分发送电路12的输入端上。通过差分发送电路将单端信号转换为差分信号后，加在一对双绞线2上进行传输。
[0008](2)位于多组LED照明灯具旁的多只传输分控器3的输入端并联于双绞线2上；进入传输分控器3的输入端的差分信号经差分接收电路32重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路32的输出端输出，经隔离电路31进行电隔离并输出到调制驱动器4的输入端上。调制驱动器4的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同。
[0009](3)调制驱动器4为开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42和高速MOSFET功率管43组成。调制驱动器4嵌入于LED照明灯具5中。LED照明灯具5中的恒流驱动器51和LED灯组52改变原连接方式后与调制驱动器4中的开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42、高速MOSFET功率管43重新整合并相连。开关储能电容41并联于恒流驱动器51的输出端，LED灯组52接在恒流驱动器51的正输出端与高速MOSFET功率管43的漏极D上，MOSFET功率管43的源极S与恒流驱动器51的负输出端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器42的输出端。可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器42的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管43的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。在恒流驱动器51输出、开关储能电容41、MOSFET驱动器42和处于开关状态的MOSFET功率管43的共同作用下，LED灯组52中流过的方波电流有效值与恒流驱动器输出的电流相等，达到方波电流有效值恒定的效果。既满足了 LED灯组恒流驱动的需要，又实现了可见光通信信号的高效率电/光转换。
[0010]传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具连接后以多组形式存在。如传输分控器
3、调制驱动器4和LED照明灯具5为一组，传输分控器6、调制驱动器7和LED照明灯具8为另一组，等等。最大组数可达32-256。传输主控器1、多组传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具一般均位于光源所在的天花板上(或吊顶内部)。传输主控器I和传输分控器的连接方式为一点对多点。传输主控器I以广播方式将可见光调制电信号A传输至多只传输分控器，再经调制驱动器、LED照明灯具将调制电信号转换为可见光通信光信号，并发送至LED照明灯具光源所覆盖的照明区域内。
[0011]传输主控器和传输分控器的差分发送电路、差分接收电路可直接利用现有的RS-485和M-LVDS技术。在LED照明光源分布很广、覆盖面积很大并且相距较远的情况下使用RS-485的收发芯片。在要求通信速率非常高且LED照明光源相距较近的情况下使用M-LVDS的收发芯片。
[0012]本发明中隔离电路可使用光电隔离、磁隔离及电容隔离方式的数字隔离电路。
[0013]LED照明灯具中的LED恒流驱动器、LED灯组可使用专用的LED灯组和LED恒流驱动器，也可直接使用现有LED灯具中所含的上述部件。其中LED灯组可使用串联型或串并联组合型，LED恒流驱动器可使用交流或直流输入的开关式恒流、线性恒流等各种电路形式。
[0014]本发明与现有技术相比，具有明显的优点和效果:可见光调制电信号通过RS-485技术或M-LVDS技术以差分方式进行传输和分配，能有效抑制自身的电磁干扰，具有抗外部干扰能力强、通信范围大、距离远和传输速度高的特点。可实现一台传输主控器对多达32-256组LED灯具的点对多点广播式信号传输。由于在差分发送电路前和差分接收电路后使用了隔离电路，使可见光通信系统的传输部分与系统其它部分隔离，起到了安全隔离、噪声隔离和接地环路消除的效果，抗干扰能力进一步提高，并能防止浪涌电压、尖峰电压对系统的破坏。调制驱动器采用的电容开关式方波有效值恒流方法，不仅实现了可见光通信信号的高效率的电/光转换，同时还满足了 LED照明光源的最佳驱动方式-恒流驱动的要求。总之，本发明提供的一种用于可见光通信的多灯具联网及驱动方法，能直接利用现已成熟并已大批量生产的多组LED照明光源，在不影响照明性能的的前提下，实现了高效率的可见光通信信号调制，具有电信号传输稳定可靠、光信号覆盖面积大以及系统成本低、安装实施工程量小的特点，可推动可见光通信技术的普及应用。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的电路原理框图。
[0016]图2是本发明的调制驱动器采用电流流出(Current Source)模式与LED照明灯具的连接电路原理图。
[0017]图3是本发明的另一种拓扑结构调制驱动器，采用电流流入(Current Sink)模式与LED照明灯具的连接电路原理图。
[0018]图中标记:1:传输主控器，11:隔离电路，12:差分发送电路；
[0019]2:双绞线；3:传输分控器，32:差分接收电路，31:隔离电路；4:调制驱动器；5:LED照明灯具，51 =LED恒流驱动器，52 =LED灯组。
【具体实施方式】
[0020]实施例一:参照图1、图2所示:提供一种用于可见光通信的多组LED灯具联网驱动电路及驱动方法，包括用于输入可见光调制电信号A的传输主控器1，所述传输主控器I中设有信号隔尚电路11，与隔尚电路11输出端相连接的差分发送电路12，差分发送电路12将单端信号转换为差分信号后，通过一对双绞线2与多只传输分控器3中的一只传输分控器3的输入端相连接，每只传输分控器3还具有一并联输出端，相邻一只传输分控器3的输入端与另一只传输分控器3的并联输出端相连接；所述传输分控器3的输入端是差分信号接收电路32，差分信号接收电路32重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路32的输出端输出，经隔离电路31进行电隔离并输出到调制驱动器4的输入端上；调制驱动器4的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同；调制驱动器与LED照明灯具5连接。
[0021]在上述用于可见光通信的多灯具联网驱动电路中，所述调制驱动器4是开关电容式方波有效值恒流驱动器51，由开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42和高速MOSFET功率管43电连接组成；调制驱动器4嵌入于LED照明灯具中；LED照明灯具中的恒流驱动器51和LED灯组改变原连接方式后与调制驱动器中的开关储能电容、高速MOSFET驱动器、高速MOSFET功率管重新整合并相连；开关储能电容并联于恒流驱动器的输出端，LED灯组接在恒流驱动器的正输出端与高速MOSFET功率管的漏极D上，MOSFET功率管的源极S与恒流驱动器的负输出端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器的输出端；可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。
[0022]提供一种用于可见光通信的多灯具联网驱动方法，包括如下步骤:
[0023](I)将可见光调制电信号A加到传输主控器I的信号隔离电路11的输入端，经电隔离从隔离电路11的输出端接到差分发送电路12的输入端上。通过差分发送电路将单端信号转换为差分信号后，加在一对双绞线2上进行传输；
[0024](2)设有与多组LED照明灯具对应的多只传输分控器3的输入端并联于双绞线2上。进入传输分控器3的输入端的差分信号经差分接收电路32重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路32的输出端输出，经隔离电路31进行电隔离并输出到调制驱动器4的输入端上。调制驱动器4的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同。
[0025](3)调制驱动器4为开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42和高速MOSFET功率管43组成；调制驱动器4嵌入于LED照明灯具5中。LED照明灯具5中的恒流驱动器51和LED灯组52改变原连接方式后与调制驱动器4中的开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42、高速MOSFET功率管43重新整合并相连；恒流驱动器51中恒流源接成“流出”(Current Source)模式。开关储能电容41并联于恒流驱动器51的输出端，LED灯组52接在恒流驱动器51的正输出端与高速MOSFET功率管43的漏极D之间，MOSFET功率管43的源极S与恒流驱动器51的负输出端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器42的输出端。可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器42的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管43的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。在恒流驱动器51输出、开关储能电容4UM0SFET驱动器42和处于开关状态的MOSFET功率管43的共同作用下，LED灯组52中流过的方波电流有效值与恒流驱动器输出的电流相等，达到方波电流有效值恒定的效果。既满足了 LED灯组恒流驱动的需要，又实现了可见光通信信号的高效率电/光转换。
[0026](4)传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具连接后以多组形式存在。如传输分控器3、调制驱动器4和LED照明灯具5为一组，传输分控器6、调制驱动器7和LED照明灯具8为另一组，等等。最大组数可达32-256。传输主控器1、多组传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具一般均位于光源所在的天花板上(或吊顶内部)。传输主控器I和传输分控器的连接方式为一点对多点。传输主控器I以广播方式将可见光调制电信号A传输至多只传输分控器，再经调制驱动器、LED照明灯具将调制电信号转换为可见光通信光信号，并发送至LED照明灯具光源所覆盖的照明区域内。
[0027](5)传输主控器和传输分控器的差分发送电路、差分接收电路可直接利用现有的RS-485和M-LVDS技术。在LED照明光源分布很广、覆盖面积很大并且相距较远的情况下使用RS-485的收发芯片。在要求通信速率非常高且LED照明光源相距较近的情况下使用M-LVDS的收发芯片。
[0028](6)本发明中隔离电路可使用光电隔离、磁隔离及电容隔离方式的数字隔离电路。
[0029](7) LED照明灯具中的LED恒流驱动器、LED灯组可使用专用的LED灯组和LED恒流驱动器，也可直接使用现有LED灯具中所含的上述部件。其中LED灯组可使用串联型或串并联组合型，LED恒流驱动器可使用交流或直流输入的开关式恒流、线性恒流等各种电路形式。调制驱动器
[0030]实施例二:参照图3所示，是采用电流流入模式的调制驱动器与LED照明灯具的连接电路原理图。
[0031]采用电流流入模式的调制驱动器与LED照明灯具的连接电路；调制驱动器4为开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42和高速MOSFET功率管43组成。调制驱动器4嵌入于LED照明灯具5中。LED照明灯具5中的恒流驱动器51和LED灯组52改变原连接方式后与调制驱动器4中的开关储能电容41、高速MOSFET驱动器42、高速MOSFET功率管43重新整合并相连。恒流驱动器51中恒流源连接成“流入”(Current Sink)模式。开关储能电容41并联于恒流驱动器51的恒流源输入端及公共地之间，LED灯组52接在恒流驱动器51的供电正电源与高速MOSFET功率管43的漏极D之间，MOSFET功率管43的源极S与恒流驱动器51的恒流输入端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器42的输出端。可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器42的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管43的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。在恒流驱动器51恒流输入、开关储能电容41、MOSFET驱动器42和处于开关状态的MOSFET功率管43的共同作用下，LED灯组52中流过的方波电流有效值与恒流驱动器输入的电流Il相等，达到方波电流有效值恒定的效果。
[0032]上述电路既满足了 LED灯组恒流驱动的需要，又实现了可见光通信信号的高效率电/光转换。
【主权项】
1.一种用于可见光通信的多灯具联网驱动电路，其特征在于:包括用于输入可见光调制电信号A的传输主控器，所述传输主控器中设有信号隔离电路，与隔离电路输出端相连接的差分发送电路，差分发送电路将单端信号转换为差分信号后，通过一对双绞线与多只传输分控器中的一只传输分控器的输入端相连接，每只传输分控器还具有一并联输出端，相邻一只传输分控器的输入端与另一只传输分控器的并联输出端相连接；所述传输分控器的输入端是差分信号接收电路，差分信号接收电路重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路的输出端输出，经隔离电路进行电隔离并输出到调制驱动器的输入端上；调制驱动器的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同；调制驱动器与LED照明灯具连接。2.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多灯具联网驱动电路，其特征在于:调制驱动器为开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容、高速MOSFET驱动器和高速MOSFET功率管组成；调制驱动器嵌入于LED照明灯具中；LED照明灯具中的恒流驱动器和LED灯组改变原连接方式后与调制驱动器中的开关储能电容、高速MOSFET驱动器、高速MOSFET功率管重新整合并相连；恒流驱动器中的恒流源接成“流出”模式；开关储能电容并联于恒流驱动器的输出端，LED灯组接在恒流驱动器的正输出端与高速MOSFET功率管的漏极D之间，MOSFET功率管的源极S与恒流驱动器的负输出端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器的输出端；可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。3.根据权利要求1所述的用于可见光通信的多灯具联网驱动电路，其特征在于:所述调制驱动器是采用电流流入模式调制驱动器的开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容、高速MOSFET驱动器和高速MOSFET功率管组成；调制驱动器嵌入于LED照明灯具中；LED照明灯具中的恒流驱动器和LED灯组改变原连接方式后与调制驱动器中的开关储能电容、高速MOSFET驱动器、高速MOSFET功率管重新整合并相连；恒流驱动器中恒流源连接成“流入”模式；开关储能电容并联于恒流驱动器的恒流源输入端及公共地之间，LED灯组接在恒流驱动器的供电正电源与高速MOSFET功率管的漏极D之间，MOSFET功率管的源极S与恒流驱动器的恒流输入端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器的输出端；可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。4.一种用于可见光通信的多灯具联网驱动方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将可见光调制电信号A加到传输主控器I的信号隔离电路11的输入端，经电隔离从隔离电路的输出端接到差分发送电路的输入端上。通过差分发送电路将单端信号转换为差分信号后，加在一对双绞线上进行传输； (2)位于多组LED照明灯具旁的多只传输分控器的输入端并联于双绞线上；进入传输分控器的输入端的差分信号经差分接收电路重新转换为与可见光调制电信号A相同的单端信号，从差分接收电路的输出端输出，经隔离电路进行电隔离并输出到调制驱动器的输入端上。调制驱动器4的输入端上的信号B与可见光调制信号A相同； (3)调制驱动器为开关电容式方波有效值恒流驱动器，由开关储能电容、高速MOSFET驱动器和高速MOSFET功率管组成；调制驱动器嵌入于LED照明灯具中；LED照明灯具中的恒流驱动器和LED灯组改变原连接方式后与调制驱动器中的开关储能电容、高速MOSFET驱动器、高速MOSFET功率管重新整合并相连；恒流驱动器中的恒流源接成“流出”模式；开关储能电容并联于恒流驱动器的输出端，LED灯组接在恒流驱动器的正输出端与高速MOSFET功率管的漏极D之间，MOSFET功率管的源极S与恒流驱动器的负输出端相连、栅极G接到高速MOSFET驱动器的输出端；可见光调制信号B接到高速MOSFET驱动器的输入端上，经电流驱动，将输出信号加到MOSFET功率管的栅极G，控制MOSFET功率管的快速导通与截止。5.根据权利要求4所述的一种用于可见光通信的多灯具联网驱动方法，其特征在于:所述传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具连接后以多组形式设置；如传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具为一组，传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具为另一组，最大组数可达32-256 ;传输主控器、多组传输分控器、调制驱动器和LED照明灯具一般均位于光源所在的天花板上；传输主控器和传输分控器的连接方式为一点对多点；传输主控器以广播方式将可见光调制电信号A传输至多只传输分控器，再经调制驱动器、LED照明灯具将调制电信号转换为可见光通信光信号，并发送至LED照明灯具光源所覆盖的照明区域内； 所述传输主控器和传输分控器的差分发送电路、差分接收电路可米用现有的RS-485和M-LVDS技术；在LED照明光源分布很广、覆盖面积很大并且相距较远的情况下使用RS-485的收发芯片；在要求通信速率非常高且LED照明光源相距较近的情况下使用M-LVDS的收发芯片。6.根据权利要求4所述的一种用于可见光通信的多灯具联网驱动方法，其特征在于:隔离电路可以是下列电路中的一种:光电隔离、磁隔离及电容隔离方式的数字隔离电路；LED恒流驱动器、LED灯组可使用专用的LED灯组和LED恒流驱动器，其中LED灯组可使用串联型或串并联组合型，LED恒流驱动器可使用交流或直流输入的开关式恒流、线性恒流电路形式。
【文档编号】H05B37/02GK105848372SQ201510011508
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月12日
【发明人】沈力, 胡鹏飞, 韩锋, 杨楠, 刘丽萍, 宋茂江, 杨霏
【申请人】贵州省计量测试院